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数字矿山建设的研究及应用
2013-01-09
地球空间信息技术(geotechnologies, GIS与遥感)与生物 技术(biotechnology)、纳米技术(nanotechnology)是当 今世界发展最快和最重要的三大科学技术。怎样才能将信息技 术更好地应用到矿山采矿技术中来?遥看近年国外矿山信息化 战略,加拿大在90年代初开始研究遥控采矿技术,目标是实现 整个采矿过程的遥控操作,样机系统已在INCO公司的地下镍 矿试用;在芬兰,1992年宣布智能采矿技术方案,涉及采矿实 时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和 自动控制等28个专题;加拿大提出的2050年远景规划中,要 将北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井,...
SAFETY 理论探讨 数字矿山建设的研究及应用 文/ 孙 明 湖南安全技术职业学院 地球空间信息技术(geotechnologies, GIS与遥感)与生物 技术(biotechnology)、纳米技术(nanotechnology)是当 今世界发展最快和最重要的三大科学技术。怎样才能将信息技 术更好地应用到矿山采矿技术中来?遥看近年国外矿山信息化 战略,加拿大在90年代初开始研究遥控采矿技术,目标是实现 整个采矿过程的遥控操作,样机系统已在INCO公司的地下镍 矿试用;在芬兰,1992年宣布智能采矿技术方案,涉及采矿实 时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和 自动控制等28个专题;加拿大提出的2050年远景规划中,要 将北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井,从萨得伯里通过 卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和自动切割采矿。 近年国外现代采矿统计数据表明,矿山信息化水平和机械化 程度越低,安全情况就越差,如机械化程度分别为40%、60%、 8 0%时,百万吨死亡率分别为5人、2人、1人。加拿大INCO 公司早在2000年就已部分实现地下镍矿无人开采,百万吨死亡 率为零, 生产效率提高一倍;预期2012年实现露天矿山遥控采 矿,生产效率再提高一倍。 通讯为主要技术手段,在统一的时空框架下,对矿山地上地下 整体、采掘过程及其引起的相关现象进行全面监控、统一描 述、数字表达、精细建模、虚拟再现、仿真模拟、智能分析和 可视决策,保障矿山安全、高效、绿色、集约开采和多联产, 实现采矿自动化、智能化以至无人矿井。从而推动中国采矿 科学与技术的创新发展,从现在的二维矿山向三维动态矿山跃 进,基于统一时空过程的矿山整体环境、开采活动及其相关现 象的可视化虚拟再现。 现代社会已经悄悄地从后工业社会向信息化社会转移和 过渡。以多媒体为核心的信息高速公路的快速发展,对现代社 会的结构体系带来了巨大的冲击,大大提高了人们相互交往的 能力,人们通过它可以极为方便地、广泛地储存和获得信息。 信息高速公路是借用“高速公路”这个词,泛指信息传递的高 速化、高效化、网络化的状态。它最终以高速的城市网为“路 网”,以软件为“车辆”,以数据与应用模型为“燃料”,以 关于我国数字矿山建设问题,在中国科协第86次青年科 学家论坛上,吴立新教授提出:1.解决矿山安全、效益与绿色 开采体制与机制创新问题,为数字矿山战略实施提供制度保 障;2.建立数字矿山标准体系,为数字矿山健康发展提供技术 保障和共享平台;3.进行自主产权的数字矿山软件开发,尽快 构建数字矿山基础软件平台;4. 加强数字矿山基础理论与关键 技术研究,构建完善的数字矿山理论与技术体系;5. 构建数字 矿山创新发展基金,保障数字矿山科技投入,大幅度提高矿 3 D图形建模和数据挖掘为“过滤”,以多源数据采集与更新 系统为“保障”,以Web-MGIS(基于网络的多媒体地理信息 系统平台)为“调度”来实现。 矿山采矿技术可以利用信息化战略,进行信息化研究以 达到本质安全。数字矿山的科研,以地质、测量、采矿以及资 源、安全、环境等为学科基础,以遥测遥控、网格GIS和无线 46 湖南安全与防灾·2010年 第5期 理论探讨 SAFETY 山创新发展能力;6. 进行数字矿山示范 工程建设,带动和促进数字矿山战略的 全面实施与健康有序发展。会议认为, 我国矿山的现状和未来发展方向都充分 反映出中国矿业必须走数字化发展的道 路。数据资源将服务于从地质勘探、井 田规划、矿山设计、矿井生产、安全监 控、生产管理到环境恢复的矿山生命周 期。目前我国矿山普遍存在机械化水平 落后,资源浪费严重和发展很不平衡等 问题,用信息化改造传统产业的需要将越 来越突出。我国矿山建设应该以提 采矿工程专业学生了解到最新的采矿前 沿技术,并推广应用到煤矿企业中,我 们特在采矿工程专业培养方案中增设了 “无人开采技术”专业选修课。在定义 无人开采概念基础上,探讨了课程主要 内容,包括井下自动控制与通讯技术、 露天矿山无人开采、地下矿山无人开 采、薄煤层工作面无人开采等,为学生 毕业设计及将来从事矿井开采、安全生 产技术问题的解决奠定基础。 进和应用先进的采煤工艺和新装备、新 产品,大力推行机械化、自动化、集约 化、数字化“四化”开采,为“无人开 采”夯实了技术基础。目前,他们正在 加紧完善预警设备、设施,建设数字化 预警防控系统;推广使用集中皮带机群 的自动化集控系统,力争实现中央泵 房、中央变电所的远程控制,并通过提 高数字化监测监控装备水平,依托安全 生产信息系统平台,实现安全管理的系 统化、信息化、现代化。他们通过改变 传统的发展模式,以科技创新为突 虽然我国在煤炭开采远程控制技 如果通过数字矿山建设,使矿山生产从无人 钻机到电铲和汽车自动调度以及卫星定位系 统、机器人技术、装载量自动称重、数据自 动采集等成为现实,将真正实现政府提出的 安全生产死亡事故、死亡人数“双下降”目 标,在高产量下也能达到百万吨零死亡率, 为社会经济持续健康发展做出应有的贡献。 高资源利用率、效益最大化和保护 环境为目标,充分有效地利用功能 齐全的国外大型三维可视化矿业工 程软件,并加以消化,以实现我国 数字矿山建设的迅速发展。 破口,瞄准行业科技前沿,向国际 先进水平看齐,率先向“无人开 采”高端领域迈进,努力由劳动密 集型企业向技术密集型企业转变, 以技术进步带动发展方式的转变。 无人开采技术正处在飞速发展 截止去年年底, 我国已有超 过100个矿山在进行不同层次的数 字矿山建设,其中包括煤矿、铁 矿、铜矿、银河博彩app和油田, 既有地 的时期。技术革命正在到来——整 个矿山的现代化管理系统将同许多 现有的先进技术或正处在样机阶段 的设备相结合。进入下一个世纪的时候, 矿山实现现代化管理和自动化技术相结 合,采掘工作面将完全改观。设想如果从 无人钻机到电铲和汽车自动调度以及卫星 定位系统、机器人技术、装载量自动称 重、数据自动采集等成为现实,将真正实 现政府提出的安全生产死亡事故、死亡人 数“双下降”目标,在高产量下也能达到 百万吨零死亡率,为社会经济持续健康发 展做出应有的贡献。 下矿,也有露天矿。上世纪90年代建设 的神东煤矿是中国数字矿山的先例,其 采掘、运输控制系统实现了自动化,一 名调度人员就能控制井下运输、通风、 供电等各大生产系统。通过采矿工艺仿 真、采场地压和井下灾害智能监测与预 报、井下无线传输技术、工况监测, 神东矿区2005年产量达1亿t,职工总数 术方面的研发才刚刚起步,有许多技术 难题等待突破,但“无人开采”作业 方式因具有解脱工人繁重的体力劳动、 提高矿井安全水平等优势,必将成为煤 炭科技进步的发展方向。近年来,如何 转变发展方式已成为众多企业苦心探索 的问题,作为劳动密集型的煤炭企业更 是如此。以技术进步带动发展方式的转 变,不失为一种聪明的选择。冀中股份 这样的先进企业,给我们带来了新的惊 喜和启示,通过加快技术创新,大力引 7 500人,全员工效119t/工,是美国平均 水平41.73t/工的2.5倍,是国有重点煤矿 .739t/工的31倍。其中哈拉沟煤矿全员工 3 责任编辑 钟金花 效达到189t/工,百万吨死亡率仅0.0116, 低于美国的0.03;哈拉沟煤矿全员工效 是美国的4.5倍,是国有重点煤矿(3.7t/ 工)的50倍;劳动成本仅为2.5元/t,只 占成本的3%,是全国矿山平均的1/10。 从这些数据不难看出,通过数字矿山建 设,神东集团不仅远远领先于国内水 平,更是超过了发达国家。 实现少人、无人的自动化采矿是 当前国际采矿界研究的热点,我国也开 展了相关研究,取得了不少成果。为使 湖南安全与防灾·2010年 第5期 47
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